KR101631776B1 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
이 리튬 이온 이차 전지(100A)의 부극 시트(240A)는, 부극 집전체(241A)와, 부극 집전체(241A)에 형성된 부극 활물질층(243A)을 갖고 있다. 부극 활물질층(243A)은 비늘 조각 형상의 흑연 입자(710A)를 포함하고, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)과, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(N1, N2)가 상이하다. 흑연 입자(710A)의 수직도(N1, N2)는, 흑연 입자(710A)에 대해서 부극 집전체(241A)의 표면에 대한 기울기(θn)를 특정하고, 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 흑연 입자(710A)의 수를 m1로 하고, 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 흑연 입자(710A)의 수를 m2로 한 경우에 (m1/m2)로 한다.The negative electrode sheet 240A of the lithium ion secondary battery 100A has a negative electrode current collector 241A and a negative electrode active material layer 243A formed on the negative electrode current collector 241A. The negative electrode active material layer 243A includes scaly graphite particles 710A and includes a first region A1 in the vicinity of the negative electrode collector 241A and a second region A2 in the vicinity of the surface side. 710A are different from each other in the vertical views N1, N2. The vertical degrees N1 and N2 of the graphite particles 710A specify the inclination? N with respect to the surface of the negative electrode collector 241A with respect to the graphite particles 710A and the inclination? N is 60 °? (M1 / m2) where m1 is the number of graphite particles 710A having an angle of 90 deg., And m2 is the number of graphite particles 710A having a gradient? N of 0 deg.
Description
본 발명은 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서 「이차 전지」란, 반복 충전 가능한 축전 디바이스 일반을 말한다. 또한, 본 명세서에서 「리튬 이온 이차 전지」는, 전해질 이온으로서 리튬 이온을 이용하고, 정부극간에서의 리튬 이온에 수반하는 전자의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다.The present invention relates to a lithium ion secondary battery. In the present specification, the term " secondary battery " The term " lithium ion secondary battery " in this specification refers to a secondary battery in which lithium ions are used as electrolyte ions and charging and discharging are realized by transfer of electrons along with lithium ions in the gaps between the electrodes.
이러한 리튬 이온 이차 전지에 대해서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-197189호 공보에는, 리튬 이온 이차 전지의 부극을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 여기에서는, 부극의 제조 방법은, 흑연 분말과 결착재가 용매에 분산되어 이루어지는 페이스트가 기재에 도포된다. 이어서, 상기 흑연 분말 중에 포함되는 흑연 입자끼리의 (002)면이 자장중에서 동일 방향으로 배향된다. 그리고, 이 상태에서 용매를 제거하여 흑연 분말이 결착재로 고화 성형된다.With respect to such a lithium ion secondary battery, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-197189 discloses a method of manufacturing a negative electrode of a lithium ion secondary battery. Here, in the production method of the negative electrode, a paste in which graphite powder and a binder are dispersed in a solvent is applied to a substrate. Then, the (002) planes of the graphite particles contained in the graphite powder are oriented in the same direction in the magnetic field. Then, in this state, the solvent is removed and the graphite powder is solidified and molded into a binder.
이러한 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법에 의하면, 부극에 포함되는 흑연 입자의 (002)면이, 흑연 입자간에서 서로 동일 방향으로 배향하고 있고, 정극을 당해 (002)면의 방향으로 배치할 수 있다. 이로 인해, 부극과 정극의 사이를 오고 가는 리튬 이온이, 충전 시에 흑연의 층의 에지부로부터 층간에 원활하게 침입시킬 수 있다고 되어 있다.According to such a method for producing a lithium ion secondary battery, the (002) planes of the graphite particles contained in the negative electrode are aligned in the same direction between the graphite particles, and the positive electrode can be arranged in the direction of the (002) plane . This means that lithium ions flowing between the negative electrode and the positive electrode can smoothly penetrate between the layers from the edge portion of the graphite layer upon charging.
또한, 마찬가지로, 리튬 이온 이차 전지용의 부극에 대해서, 흑연 입자를 자장 배향시켜서 흑연 입자의 (002)면을 부극 집전체에 대하여 세우는 것은, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-197182호 공보, 일본 특허 공개 제2004-220926호 공보, 일본 특허 공개 평09-245770호 공보에 개시되어 있다.Similarly, for the negative electrode for a lithium ion secondary battery, orientation of the (002) plane of the graphite particles to the negative electrode current collector by orienting the graphite particles in the magnetic field is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-197182, Open Publication No. 2004-220926 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-245770.
그런데, 리튬 이온 이차 전지는, 하이브리드 자동차나 플러그인 하이브리드 자동차나 소위 전기 자동차 등, 자동차를 구동시키는 기구의 동력원으로서 차량 탑재되도록 되어 왔다. 이러한 차량 구동용 전지로서의 용도에서는, 예를 들어 에너지 효율을 향상시키기 위해서 충방전 시에 반응 저항을 낮게 하는 것이 요구된다. 또한, 자동차를 급가속시킬 때에는 방전량이 급격하게 많아진다. 이로 인해, 하이 레이트에서의 방전 저항이 낮게 억제되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 리튬 이온 이차 전지용의 부극에 대해서, 자장 배향시켜서 흑연 입자의 (002)면을 부극 집전체에 대하여 세우는 것만으로는 리튬 이온 이차 전지의 직류 저항이 좋지 않은 경향이 있었다.However, the lithium ion secondary battery has been mounted on a vehicle as a power source for a mechanism for driving an automobile such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and so-called electric vehicles. In applications such as a vehicle drive battery, for example, in order to improve energy efficiency, it is required to lower the reaction resistance during charging and discharging. In addition, when the automobile is rapidly accelerated, the amount of discharge rapidly increases. Therefore, it is preferable that the discharge resistance at the high rate is suppressed to be low. From this point of view, the direct current resistance of the lithium ion secondary battery tends to be poor only by aligning the (002) plane of the graphite particles with respect to the negative electrode collector by magnetic field orientation with respect to the negative electrode for the lithium ion secondary battery.
본 발명에 관한 리튬 이온 이차 전지는, 부극 집전체와, 부극 집전체에 형성된 부극 활물질층을 갖고 있다. 부극 활물질층은, 비늘 조각 형상의 흑연 입자를 포함하고, 부극 집전체 근방의 제1 영역과, 표면측 근방의 제2 영역에서 흑연 입자의 수직도가 상이하다.The lithium ion secondary battery according to the present invention has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer includes scaly graphite particles and the graphite particles have different vertical degrees in the first region near the negative electrode current collector and the second region near the surface side.
이 경우, 예를 들어 제1 영역은 부극 활물질층 중 부극 집전체로부터 두께가0% 내지 30%의 영역이며, 또한, 제2 영역은 부극 활물질층 중 부극 집전체로부터 두께가 70% 내지 100%의 영역으로 규정해도 된다.In this case, for example, the first region is a region of 0% to 30% in thickness from the negative electrode current collector in the negative electrode active material layer, and the second region is 70% to 100% As shown in Fig.
또한, 흑연 입자의 수직도는, 부극 집전체의 표면에 대한 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 흑연 입자의 수를 m1로 하고, 부극 집전체의 표면에 대한 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 흑연 입자의 수를 m2로 하여 (m1/m2)로 하면 된다.When the number of graphite particles whose slope θn with respect to the surface of the negative electrode current collector is 60 ° ≦ θn ≦ 90 ° is m1 and the slope θn of the negative electrode current collector with respect to the surface is The number of graphite particles having 0 °?? N? 30 ° is set to m2 (m1 / m2).
또한, 이 경우, 예를 들어 부극 집전체에 형성된 부극 활물질층에 대해서, 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비하고, 복수의 단면의 단면 SEM 화상에 있어서, 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 미리 정해진 수의 흑연 입자를 추출하고, 당해 추출된 흑연 입자의 단면에서의 가장 긴 직경을 따른 직선에 기초하여 각각 부극 집전체의 표면에 대한 기울기(θn)를 특정하면 된다.In this case, for example, a cross-section SEM image of a plurality of cross-sections is prepared for the negative-electrode active material layer formed on the negative-electrode current collector, and a cross-sectional SEM image of a plurality of cross- And the slope? N with respect to the surface of the negative electrode collector may be specified based on the straight line along the longest diameter in the cross section of the extracted graphite particles.
또한, 제1 영역의 상기 흑연 입자의 수직도(N1)와, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)의 차(N2-N1)의 절대값은, 예를 들어 0.2 이상이면 된다.The absolute value of the difference (N2-N1) between the perpendicularity (N1) of the graphite particles in the first region and the perpendicularity (N2) of the graphite particles in the second region may be, for example, 0.2 or more.
또한, 제1 영역의 흑연 입자의 수직도(N1)가 N1≤1이며, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)가 N2≥1.2이어도 된다. 또한, 이 경우, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)가 N2≥3.0이면 된다. 이에 의해, 리튬 이온 이차 전지의 확산 저항을 낮게 억제할 수 있다.The perpendicularity N1 of the graphite particles in the first region may be N1? 1 and the verticality N2 of the graphite particles in the second region may be N2? 1.2. In this case, the vertical degree N2 of the graphite particles in the second region may be N2? 3.0. Thus, the diffusion resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed to a low level.
또한, 이 경우, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)와, 제1 영역의 흑연 입자의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 (N2-N1)≥1.4이면 된다. 또한, 당해 차(N2-N1)는 (N2-N1)≥2.5이면 된다. 이에 의해, 확산 저항을 낮게 억제할 수 있는 리튬 이온 이차 전지를 보다 확실하게 얻을 수 있다.In this case, the difference N2-N1 between the verticality N2 of the graphite particles in the second region and the verticality N1 of the graphite particles in the first region may be (N2-N1)? 1.4. Further, the difference (N2-N1) may be (N2-N1)? 2.5. As a result, a lithium ion secondary battery capable of suppressing the diffusion resistance to a low level can be obtained more reliably.
또한, 제1 영역의 흑연 입자의 수직도(N1)가 N1≥1.2이며, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)가 N2≤0.9이어도 된다. 이 경우, 용량 유지율을 높게 유지하고, 또한, 저항 상승률을 낮게 억제할 수 있다. 이 경우, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도(N2)와, 제1 영역의 흑연 입자의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 (N2-N1)≤-0.8이어도 된다.Further, the vertical degree N1 of the graphite particles in the first region is N1? 1.2 and the vertical degree N2 of the graphite particles in the second region is N2? 0.9. In this case, the capacity retention rate can be kept high and the rate of increase in resistance can be suppressed to a low level. In this case, the difference (N2-N1) between the verticality N2 of the graphite particles in the second region and the verticality N1 of the graphite particles in the first region may be (N2-N1)? -0.8.
또한, 이러한 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법은, 적어도 비늘 조각 형상의 흑연 입자와 바인더를 용매에 혼합한 부극 합제를 준비하는 공정A와, 공정A에서 생성된 부극 합제를 부극 집전체에 도포하고, 부극 집전체에 부극 활물질층을 형성하는 공정B를 포함하고 있으면 된다. 이 경우, 공정B는, 부극 집전체에 부극 합제를 도포하는 도포 공정과, 부극 집전체에 도포된 부극 합제를 건조하는 건조 공정과, 자장을 부여하고, 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자의 방향을 조정하는 배향 공정을 포함하고 있으면 된다. 그리고, 도포 공정과 건조 공정은 적어도 2회 행해지고, 부극 집전체에 대하여 재차 부극 합제를 도포하는 동시에, 배향 공정은 도포 공정 후 건조 공정 전에 적어도 1회 행해지면 된다.The method for producing such a lithium ion secondary battery includes a step A of preparing a negative electrode mixture obtained by mixing at least scaly graphite particles and a binder in a solvent, a step A coating the negative electrode mixture produced in the step A on the negative electrode collector, And a step B for forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. In this case, the step B is a step of applying the negative electrode mixture to the negative electrode current collector, a drying step of drying the negative electrode material mixture applied to the negative electrode current collector, and a magnetic field applying step, wherein the direction of the graphite particles in the applied negative electrode material mixture is It is only necessary to include an aligning step for adjusting. The application step and the drying step are carried out at least twice, and the negative electrode mixture is applied again to the negative electrode current collector, and the alignment step is carried out at least once before the drying step after the application step.
또한, 배향 공정은, 예를 들어 최후의 도포 공정 후 건조 공정 전에 행해지고, 당해 최후의 도포 공정에서 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자를 부극 집전체에 대하여 세워도 된다. 이에 의해, 표면측 근방의 제2 영역에서 흑연 입자의 수직도가 높은 부극 활물질층을 형성할 수 있다. 이 경우, 최후의 도포 공정보다도 전에, 부극 집전체에 형성된 부극 합제의 층을 압연하는 압연 공정을 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 부극 집전체 근방의 제1 영역의 흑연 입자의 수직도와, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도의 차가 큰 부극 활물질층을 형성할 수 있다.The orientation process may be performed, for example, before the drying process after the last application process, and the graphite particles in the negative electrode mixture to be applied in the last application process may be formed on the negative electrode current collector. Thereby, the negative electrode active material layer having a high degree of verticality of the graphite particles in the second region near the surface side can be formed. In this case, a rolling step of rolling the negative electrode mixture layer formed on the negative electrode collector before the last application step may be provided. Thereby, the negative electrode active material layer having a large difference between the perpendicularity of the graphite particles in the first region in the vicinity of the negative electrode collector and the perpendicularity of the graphite particles in the second region can be formed.
또한, 배향 공정은, 1회째의 도포 공정 후 건조 공정 전에 행해지고, 당해 1회째의 도포 공정에서 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자를 부극 집전체에 대하여 세워도 된다. 이에 의해, 부극 집전체 근방의 제1 영역에서 흑연 입자의 수직도가 높은 부극 활물질층을 형성할 수 있다. 이 경우, 최후의 건조 공정 후에, 부극 집전체에 형성된 부극 합제의 층을 압연하는 압연 공정을 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 부극 집전체 근방의 제1 영역의 흑연 입자의 수직도와, 제2 영역의 흑연 입자의 수직도의 차가 큰 부극 활물질층을 형성할 수 있다.The orientation step may be carried out before the drying step after the first coating step and the graphite particles in the negative electrode material mixture applied in the first coating step may be formed on the negative electrode current collector. As a result, the negative electrode active material layer having a high degree of verticality of the graphite particles in the first region near the negative electrode current collector can be formed. In this case, after the last drying step, a rolling step of rolling the negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector may be provided. Thereby, the negative electrode active material layer having a large difference between the perpendicularity of the graphite particles in the first region in the vicinity of the negative electrode collector and the perpendicularity of the graphite particles in the second region can be formed.
도 1은, 리튬 이온 이차 전지의 구조의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는, 리튬 이온 이차 전지의 권회 전극체를 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 2 중의 III-III 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4는, 정극 활물질층의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는, 부극 활물질층의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 6은, 권회 전극체의 미도포 시공부와 전극 단자의 용접 개소를 도시하는 측면도이다.
도 7은, 리튬 이온 이차 전지의 충전 시의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은, 리튬 이온 이차 전지의 방전 시의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지를 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질층의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 11은, 단면 SEM 화상을 얻을 때의 단면의 취하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 12는, 당해 추출된 흑연 입자의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은, 부극 활물질층(243A)의 다른 형태를 도시하는 단면도이다.
도 14는, Cole-Cole 플롯(나이키스트·플롯)의 전형적인 도면이다.
도 15는, 표 1의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다.
도 16은, 표 2의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다.
도 17은, 표 3의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다.
도 18은, 이차 전지를 탑재한 차량을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing an example of the structure of a lithium ion secondary battery.
2 is a view showing a wound electrode body of a lithium ion secondary battery.
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in Fig.
4 is a cross-sectional view showing the structure of the positive electrode active material layer.
5 is a cross-sectional view showing the structure of the negative electrode active material layer.
Fig. 6 is a side view showing a welded portion of an electrode terminal and an uncoated portion of the wound electrode body. Fig.
7 is a diagram schematically showing the state of charging the lithium ion secondary battery.
8 is a diagram schematically showing the state of the lithium ion secondary battery at the time of discharging.
9 is a diagram showing a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing the structure of a negative electrode active material layer of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Fig. 11 is a view showing a method of taking a cross-section when obtaining a cross-section SEM image.
Fig. 12 schematically shows a cross section of the extracted graphite particles. Fig.
13 is a cross-sectional view showing another form of the negative electrode
Figure 14 is a typical illustration of a Cole-Cole plot (Nyquist plot).
15 is a plot of data of Table 1 for each sample.
16 is a plot of data of Table 2 for each sample.
17 is a plot of data of Table 3 for each sample.
18 is a diagram showing a vehicle equipped with a secondary battery.
여기에서는 우선, 리튬 이온 이차 전지의 하나의 구조예를 설명한다. 그 후, 이러한 구조예를 적절하게 참조하면서, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지를 설명한다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재 또는 부위에는 적절하게 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 각 도면은 모식적으로 그려져 있으며, 반드시 실물을 반영하고 있지 않다. 각 도면은 일례를 도시할뿐이며, 특히 언급되지 않는 한 본 발명을 한정하지 않는다.First, an example of the structure of a lithium ion secondary battery will be described. Thereafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with appropriate reference to this structural example. In addition, members or portions that exert the same function are appropriately given the same reference numerals. In addition, each drawing is schematically drawn and does not always reflect the real thing. Each drawing shows only one example, and the present invention is not limited unless specifically stated.
도 1은 리튬 이온 이차 전지(100)를 도시하고 있다. 이 리튬 이온 이차 전지(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)를 구비하고 있다. 도 2는 권회 전극체(200)를 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2 중의 III-III 단면을 도시하고 있다.Fig. 1 shows a lithium ion
권회 전극체(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극 시트(220), 부극 시트(240) 및 세퍼레이터(262, 264)를 갖고 있다. 정극 시트(220), 부극 시트(240) 및 세퍼레이터(262, 264)는 각각 띠 형상의 시트재이다.The
≪정극 시트(220)≫&Quot;
정극 시트(220)는 띠 형상의 정극 집전체(221)와 정극 활물질층(223)을 구비하고 있다. 정극 집전체(221)에는, 정극에 적합한 금속박이 적절하게 사용될 수 있다. 정극 집전체(221)에는, 예를 들어 소정의 폭을 갖고, 두께가 대략 15㎛인 띠 형상의 알루미늄박을 사용할 수 있다. 정극 집전체(221)의 폭 방향 편측의 테두리부를 따라 미도포 시공부(222)가 설정되어 있다. 도시한 예에서는, 정극 활물질층(223)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극 집전체(221)에 설정된 미도포 시공부(222)을 제외하고 정극 집전체(221)의 양면에 보유 지지되어 있다. 정극 활물질층(223)에는 정극 활물질이 포함되어 있다. 정극 활물질층(223)은 정극 활물질을 포함하는 정극 합제를 정극 집전체(221)에 도포 시공함으로써 형성되어 있다.The
≪정극 활물질층(223) 및 정극 활물질 입자(610)≫The " positive electrode
여기서, 도 4는 정극 시트(220)의 단면도이다. 또한, 도 4에 있어서, 정극 활물질층(223)의 구조가 명확해지도록, 정극 활물질층(223) 중의 정극 활물질 입자(610)와 도전재(620)와 바인더(630)를 크게 모식적으로 나타내고 있다. 정극 활물질층(223)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 정극 활물질 입자(610)와 도전재(620)와 바인더(630)가 포함되어 있다.Here, FIG. 4 is a sectional view of the
정극 활물질 입자(610)에는, 리튬 이온 이차 전지의 정극 활물질로서 사용할 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 정극 활물질 입자(610)의 예를 들면, LiNiCoMnO2(리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물), LiNiO2(니켈산 리튬), LiCoO2(코발트산 리튬), LiMn2O4(망간산 리튬), LiFePO4(인산 철 리튬) 등의 리튬 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 여기서, LiMn2O4은, 예를 들어 스피넬 구조를 갖고 있다. 또한, LiNiO2 또는 LiCoO2은 층상의 암염 구조를 갖고 있다. 또한, LiFePO4는, 예를 들어 올리빈 구조를 갖고 있다. 올리빈 구조의 LiFePO4에는, 예를 들어 나노미터 오더의 입자가 있다. 또한, 올리빈 구조의 LiFePO4는, 또한 카본막으로 피복할 수 있다.As the positive electrode
≪도전재(620)≫&Quot;
도전재(620)로서는, 예를 들어 카본 분말, 탄소 섬유 등의 카본 재료가 예시된다. 도전재(620)로서는, 이러한 도전재로부터 선택되는 1종류를 단독으로 사용해도 되며 2종 이상을 병용해도 된다. 카본 분말로서는, 다양한 카본 블랙(예를 들어, 아세틸렌 블랙, 오일 퍼니스 블랙, 흑연화 카본 블랙, 카본 블랙, 흑연, 케첸 블랙), 그래파이트 분말 등의 카본 분말을 사용할 수 있다.Examples of the
≪바인더(630)≫&Quot;
또한, 바인더(630)는, 정극 활물질층(223)에 포함되는 정극 활물질 입자(610)와 도전재(620)의 각 입자를 결착시키거나, 이들의 입자와 정극 집전체(221)를 결착시키거나 한다. 이러한 바인더(630)로서는, 사용하는 용매에 용해 또는 분산 가능한 중합체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수성 용매를 사용한 정극 합제 조성물에 있어서는, 셀룰로오스계 중합체(카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 등), 불소계 수지(예를 들어, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등), 고무류(아세트산 비닐 공중합체, 스티렌부타디엔 공중합체(SBR), 아크릴산 변성SBR 수지(SBR계 라텍스) 등) 등의 수용성 또는 수분산성 중합체를 바람직하게 채용할 수 있다. 또한, 비수 용매를 사용한 정극 합제 조성물에 있어서는, 중합체(폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아크릴니트릴(PAN) 등)를 바람직하게 채용할 수 있다.The
≪증점제, 용매≫«Thickener, solvent»
정극 활물질층(223)은, 예를 들어 상술한 정극 활물질 입자(610)와 도전재(620)를 용매에 페이스트 상태(슬러리 상태)로 혼합한 정극 합제를 제작하고, 정극 집전체(221)에 도포하고 건조시켜서 압연함으로써 형성되어 있다. 이 때, 정극 합제의 용매로서는 수성 용매 및 비수 용매 모두 사용 가능하다. 비수 용매의 적합한 예로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 들 수 있다. 상기 바인더(630)로서 예시한 중합체 재료는, 바인더로서의 기능 이외에, 정극 합제의 증점제 그 밖의 첨가제로서의 기능을 발휘하는 목적으로 사용될 수도 있다.The positive electrode
정극 합제 전체에 차지하는 정극 활물질의 질량 비율은, 대략 50wt% 이상(전형적으로는 50 내지 95wt%)인 것이 바람직하고, 통상은 대략 70 내지 95wt%(예를 들어 75 내지 90wt%)인 것이 보다 바람직하다. 또한, 정극 합제 전체에 차지하는 도전재의 비율은, 예를 들어 대략 2 내지 20wt%로 할 수 있고, 통상은 대략 2 내지 15wt%로 하는 것이 바람직하다. 바인더를 사용하는 조성에서는, 정극 합제 전체에 차지하는 바인더의 비율을 예를 들어 대략 1 내지 10wt%로 할 수 있고, 통상은 대략 2 내지 5wt%로 하는 것이 바람직하다.The mass ratio of the positive electrode active material to the positive electrode mixture is preferably at least about 50 wt% (typically 50 to 95 wt%), more preferably about 70 to 95 wt% (for example, 75 to 90 wt%) Do. The proportion of the conductive material in the whole positive electrode mixture may be, for example, about 2 to 20 wt%, and usually about 2 to 15 wt%. In the composition using the binder, the proportion of the binder in the whole positive electrode mixture may be, for example, about 1 to 10 wt%, and usually about 2 to 5 wt%.
≪부극 시트(240)≫&Quot;
부극 시트(240)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 부극 집전체(241)와, 부극 활물질층(243)을 구비하고 있다. 부극 집전체(241)에는, 부극에 적합한 금속박이 적절하게 사용될 수 있다. 이 부극 집전체(241)에는, 소정의 폭을 갖고, 두께가 대략 10㎛인 띠 형상의 구리박이 사용되고 있다. 부극 집전체(241)의 폭 방향 편측에는, 테두리부를 따라 미도포 시공부(242)가 설정되어 있다. 부극 활물질층(243)은, 부극 집전체(241)에 설정된 미도포 시공부(242)를 제외하고 부극 집전체(241)의 양면에 형성되어 있다. 부극 활물질층(243)은, 부극 집전체(241)에 보유 지지되고, 적어도 부극 활물질이 포함되어 있다. 부극 활물질층(243)은, 부극 활물질을 포함하는 부극 합제가 부극 집전체(241)에 도포 시공되어 있다.As shown in Fig. 2, the
≪부극 활물질층(243)≫&Quot; Negative electrode
도 5는 리튬 이온 이차 전지(100)의 부극 시트(240)의 단면도이다. 부극 활물질층(243)에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 부극 활물질 입자(710), 증점제(도시 생략), 바인더(730) 등이 포함되어 있다. 도 5에서는, 부극 활물질층(243)의 구조가 명확해지도록, 부극 활물질층(243) 중의 부극 활물질 입자(710)와 바인더(730)를 크게 모식적으로 나타내고 있다.5 is a sectional view of the
≪부극 활물질 입자(710)≫&Quot; Negative electrode active material particle (710) "
부극 활물질 입자(710)로서는, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 재료의 1종류 또는 2종류 이상을 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부에 그래파이트 구조(층상 구조)를 포함하는 입자상의 탄소 재료(카본 입자)를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 부극 활물질은, 예를 들어 천연 흑연, 비정질의 탄소 재료로 코팅한 천연 흑연, 흑연질(그래파이트), 난흑연화 탄소질(하드 카본), 이흑연화 탄소질(소프트 카본), 또는 이들을 조합한 탄소 재료이어도 된다. 또한, 여기에서는, 부극 활물질 입자(710)는 소위 비늘 조각 형상 흑연이 사용된 경우를 도시하고 있지만, 부극 활물질 입자(710)는 도시한 예에 한정되지 않는다.As the negative electrode
≪증점제, 용매≫«Thickener, solvent»
부극 활물질층(243)은, 예를 들어 상술한 부극 활물질 입자(710)와 바인더(730)를 용매에 페이스트 상태(슬러리 상태)로 혼합한 부극 합제를 제작하고, 부극 집전체(241)에 도포하고 건조시켜서 압연함으로써 형성되어 있다. 이 때, 부극 합제의 용매로서는 수성 용매 및 비수 용매 모두 사용 가능하다. 비수 용매의 적합한 예로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 들 수 있다. 바인더(730)에는, 상기 정극 활물질층(223)(도 4 참조)의 바인더(630)로서 예시한 중합체 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 정극 활물질층(223)의 바인더(630)로서 예시한 중합체 재료는, 바인더로서의 기능 이외에, 정극 합제의 증점제 그 밖의 첨가제로서의 기능을 발휘하는 목적으로 사용될 수도 있다.The negative electrode
≪세퍼레이터(262, 264)≫&Quot;
세퍼레이터(262, 264)는, 도 1 또는 도 2에 도시한 바와 같이, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)를 격리시키는 부재이다. 이 예에서는, 세퍼레이터(262, 264)는, 미소한 구멍을 복수 갖는 소정 폭의 띠 형상의 시트재로 구성되어 있다. 세퍼레이터(262, 264)에는, 예를 들어 다공질 폴리올레핀계 수지로 구성된 단층 구조의 세퍼레이터 또는 적층 구조의 세퍼레이터를 사용할 수 있다. 이 예에서는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 부극 활물질층(243)의 폭(b1)은 정극 활물질층(223)의 폭(a1)보다도 조금 넓다. 또한, 세퍼레이터(262, 264)의 폭(c1, c2)은 부극 활물질층(243)의 폭(b1)보다도 조금 넓다(c1, c2>b1>a1).The
또한, 도 1 및 도 2에 도시한 예에서는, 세퍼레이터(262, 264)는 시트 형상의 부재로 구성되어 있다. 세퍼레이터(262, 264)는, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)을 절연함과 동시에, 전해질의 이동을 허용하는 부재이면 된다. 따라서, 시트 형상의 부재에 한정되지 않는다. 세퍼레이터(262, 264)는, 시트 형상의 부재 대신에, 예를 들어 정극 활물질층(223) 또는 부극 활물질층(243)의 표면에 형성된 절연성을 갖는 입자의 층으로 구성해도 된다. 여기서, 절연성을 갖는 입자로서는, 절연성을 갖는 무기 필러(예를 들어, 금속 산화물, 금속 수산화물 등의 필러), 또는, 절연성을 갖는 수지 입자(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 입자)로 구성해도 된다.In the examples shown in Figs. 1 and 2, the
≪전지 케이스(300)≫&Quot; Battery case (300) "
또한, 이 예에서는, 전지 케이스(300)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 소위 각형의 전지 케이스이며, 용기 본체(320)와 덮개(340)를 구비하고 있다. 용기 본체(320)는 바닥이 있는 4각통 형상을 갖고 있으며, 일측면(상면)이 개구한 편평한 상자형의 용기이다. 덮개(340)는 당해 용기 본체(320)의 개구(상면의 개구)에 설치되어 당해 개구를 막는 부재이다.In this example, as shown in Fig. 1, the
차량 탑재용의 이차 전지에서는, 차량의 연비를 향상시키기 위해서 중량 에너지 효율(단위 중량당의 전지의 용량)을 향상시키는 것이 요망된다. 이로 인해, 이 실시 형태에서는, 전지 케이스(300)를 구성하는 용기 본체(320)와 덮개(340)는 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 경량 금속이 채용되어 있다. 이에 의해 중량 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND ART In a vehicle-mounted secondary battery, it is desired to improve weight energy efficiency (capacity of a battery per unit weight) in order to improve fuel economy of a vehicle. For this reason, in this embodiment, the
전지 케이스(300)는, 권회 전극체(200)를 수용하는 공간으로서 편평한 직사각형의 내부 공간을 갖고 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 전지 케이스(300)의 편평한 내부 공간은 권회 전극체(200)보다도 가로 폭이 조금 넓다. 이 실시 형태에서는, 전지 케이스(300)는, 바닥이 있는 4각통 형상의 용기 본체(320)와, 용기 본체(320)의 개구를 막는 덮개(340)를 구비하고 있다. 또한, 전지 케이스(300)의 덮개(340)에는 전극 단자(420, 440)가 설치되어 있다. 전극 단자(420, 440)는, 전지 케이스(300)(덮개(340))를 관통하여 전지 케이스(300)의 외부로 나와 있다. 또한, 덮개(340)에는 주액 구멍(350)과 안전 밸브(360)가 설치되어 있다.The
권회 전극체(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 권회축(WL)에 직교하는 하나의 방향에서 편평하게 눌려 굽혀져 있다. 도 2에 도시한 예에서는, 정극 집전체(221)의 미도포 시공부(222)와 부극 집전체(241)의 미도포 시공부(242)는 각각 세퍼레이터(262, 264)의 양측에서 나선 형상으로 노출되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 미도포 시공부(222, 242)의 중간 부분(224, 244)를 한데 모아서 전극 단자(420, 440)의 선단부(420a, 440a)에 용접하고 있다. 이 때, 각각의 재질의 차이로부터, 전극 단자(420)와 정극 집전체(221)의 용접에는, 예를 들어 초음파 용접이 사용된다. 또한, 전극 단자(440)와 부극 집전체(241)의 용접에는, 예를 들어 저항 용접이 사용된다. 여기서, 도 6은, 권회 전극체(200)의 미도포 시공부(222(242))의 중간 부분(224(244))과 전극 단자(420(440))의 용접 개소를 도시하는 측면도이며, 도 1의 VI-VI 단면도이다.As shown in Fig. 2, the
권회 전극체(200)는, 편평하게 눌려 굽혀진 상태에서 덮개(340)에 고정된 전극 단자(420, 440)에 설치된다. 이러한 권회 전극체(200)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 용기 본체(320)의 편평한 내부 공간에 수용된다. 용기 본체(320)는, 권회 전극체(200)가 수용된 후, 덮개(340)에 의해 막힌다. 덮개(340)와 용기 본체(320)의 이음매(322)(도 1 참조)는, 예를 들어 레이저 용접에 의해 용접되어 밀봉되어 있다. 이와 같이, 이 예에서는, 권회 전극체(200)는, 덮개(340)(전지 케이스(300))에 고정된 전극 단자(420, 440)에 의해 전지 케이스(300) 내에 위치 결정되어 있다.The wound electrode body (200) is mounted on the electrode terminals (420, 440) fixed to the lid (340) in a state where the electrode body (200) is pressed in a flat state. The
≪전해액≫«Electrolyte»
그 후, 덮개(340)에 설치된 주액 구멍(350)으로부터 전지 케이스(300) 내에 전해액이 주입된다. 전해액은, 물을 용매로 하고 있지 않은, 소위 비수 전해액이 사용되고 있다. 이 예에서는, 전해액은, 에틸렌카르보네이트와 디에틸카르보네이트의 혼합 용매(예를 들어, 체적비 1:1 정도의 혼합 용매)에 LiPF6을 약 1mol/리터의 농도로 함유시킨 전해액이 사용되고 있다. 그 후, 주액 구멍(350)에 금속제의 밀봉 캡(352)을 설치해서(예를 들어, 용접해서) 전지 케이스(300)를 밀봉한다. 또한, 전해액은, 여기에서 예시된 전해액에 한정되지 않는다. 예를 들어, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되고 있는 비수 전해액은 적절하게 사용할 수 있다.Thereafter, the electrolytic solution is injected into the
≪공공(空孔)≫«Public (vacancy)»
여기서, 정극 활물질층(223)은, 예를 들어 정극 활물질 입자(610)와 도전재(620)의 입자간 등에, 공동(空洞)이라고도 칭할 만한 미소한 간극(225)을 갖고 있다(도 4 참조). 이러한 정극 활물질층(223)의 미소한 간극에는 전해액(도시 생략)이 스며들 수 있다. 또한, 부극 활물질층(243)은, 예를 들어 부극 활물질 입자(710)의 입자간 등에, 공동(空洞)이라고도 칭할 만한 미소한 간극(245)을 갖고 있다(도 5 참조). 여기에서는, 이러한 간극(225, 245)(공동(空洞))을 적절하게 「공공(空孔)」이라고 칭한다. 또한, 권회 전극체(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 권회축(WL)을 따른 양측에서 미도포 시공부(222, 242)가 나선 형상으로 권취되어 있다. 이러한 권회축(WL)을 따른 양측(252, 254)에서 미도포 시공부(222, 242)의 간극으로부터 전해액이 스며들 수 있다. 이로 인해, 리튬 이온 이차 전지(100)의 내부에서는, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)에 전해액이 골고루 스며들어 있다.Here, the positive electrode
≪가스 배출 경로≫«Gas discharge path»
또한, 이 예에서는, 당해 전지 케이스(300)의 편평한 내부 공간은 편평하게 변형된 권회 전극체(200)보다도 조금 넓다. 권회 전극체(200)의 양측에는, 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)의 사이에 간극(310, 312)이 설치되어 있다. 당해 간극(310, 312)은 가스 배출 경로가 된다. 예를 들어, 과충전이 발생한 경우 등에, 리튬 이온 이차 전지(100)의 온도가 비정상적으로 높아지면, 전해액이 분해되어 가스가 비정상적으로 발생하는 경우가 있다. 이 실시 형태에서는, 비정상적으로 발생한 가스는, 권회 전극체(200)의 양측에서의 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)의 간극(310, 312)을 통하여 안전 밸브(360)쪽으로 이동하고, 안전 밸브(360)로부터 전지 케이스(300)의 밖으로 배기된다.Further, in this example, the flat internal space of the
이러한 리튬 이온 이차 전지(100)에서는, 정극 집전체(221)와 부극 집전체(241)는, 전지 케이스(300)를 관통한 전극 단자(420, 440)를 통하여 외부의 장치에 전기적으로 접속된다. 이하, 충전 시와 방전 시의 리튬 이온 이차 전지(100)의 동작을 설명한다.In this lithium ion
≪충전 시의 동작≫«Operation during charging»
도 7은, 이러한 리튬 이온 이차 전지(100)의 충전 시의 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 충전 시에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(100)의 전극 단자(420, 440)(도 1 참조)는 충전기(290)에 접속된다. 충전기(290)의 작용에 의해, 충전 시에는 정극 활물질층(223) 중의 정극 활물질로부터 리튬 이온(Li)이 전해액(280)에 방출된다. 또한, 정극 활물질층(223)으로부터는 전하가 방출된다. 방출된 전하는 도전재(도시 생략)를 통하여 정극 집전체(221)에 보내지고, 또한, 충전기(290)를 통하여 부극 시트(240)에 보내진다. 또한, 부극 시트(240)에서는 전하가 축적되는 동시에, 전해액(280) 중의 리튬 이온(Li)이 부극 활물질층(243) 중의 부극 활물질에 흡수되고, 또한, 저장된다.Fig. 7 schematically shows the state of charging the lithium ion
≪방전 시의 동작≫≪ Operation at discharge >
도 8은, 이러한 리튬 이온 이차 전지(100)의 방전 시의 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 방전 시에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 부극 시트(240)로부터 정극 시트(220)에 전하가 보내지는 동시에, 부극 활물질층(243)에 저장된 리튬 이온이 전해액(280)에 방출된다. 또한, 정극에서는, 정극 활물질층(223) 중의 정극 활물질에 전해액(280) 중의 리튬 이온이 도입된다.Fig. 8 schematically shows the state of the lithium ion
이와 같이 리튬 이온 이차 전지(100)의 충방전에 있어서, 전해액(280)을 통하여 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243) 사이에서 리튬 이온이 오고 간다. 또한, 충전 시에는, 정극 활물질로부터 도전재를 통하여 정극 집전체(221)에 전하가 보내진다. 이에 반해, 방전 시에는, 정극 집전체(221)로부터 도전재를 통하여 정극 활물질에 전하가 복귀된다.In this manner, lithium ions come and go between the positive electrode
충전 시에는, 리튬 이온의 이동 및 전자의 이동이 원활할수록 효율적이며 급속 충전이 가능해진다고 생각할 수 있다. 방전 시에는, 리튬 이온의 이동 및 전자의 이동이 원활할수록 전지의 저항이 저하되고, 방전량이 증가하고, 전지의 출력이 향상된다고 생각할 수 있다.At the time of charging, it can be considered that as the movement of lithium ions and the movement of electrons become smooth, efficient and rapid charging becomes possible. At the time of discharging, it can be considered that as the movement of lithium ions and the movement of electrons are smooth, the resistance of the battery decreases, the amount of discharge increases, and the output of the battery improves.
≪다른 전지 형태≫«Other battery types»
또한, 상기는 리튬 이온 이차 전지의 일례를 나타내는 것이다. 리튬 이온 이차 전지는 상기 형태에 한정되지 않는다. 또한, 마찬가지로 금속박에 전극 합제가 도포 시공된 전극 시트는 그 밖에도 다양한 전지 형태로 사용된다. 예를 들어, 다른 전지 형태로서, 원통형 전지 또는 라미네이트형 전지 등이 알려져 있다. 원통형 전지는 원통형의 전지 케이스에 권회 전극체를 수용한 전지이다. 또한, 라미네이트형 전지는 정극 시트와 부극 시트를 세퍼레이터를 개재시켜서 적층한 전지이다.The above shows an example of a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is not limited to the above embodiment. In addition, similarly, the electrode sheet on which the electrode mixture is applied to the metal foil is used in various other battery types. For example, as another type of battery, a cylindrical battery or a laminate type battery is known. The cylindrical battery is a battery in which a wound electrode body is housed in a cylindrical battery case. A laminated battery is a battery in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are laminated via a separator.
이하, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지를 설명한다. 또한, 여기에서 설명하는 리튬 이온 이차 전지는 기본적인 구조가 상술한 리튬 이온 이차 전지(100)와 동일하므로, 적절하게 상술한 리튬 이온 이차 전지(100)의 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described. Since the basic structure of the lithium ion secondary battery to be described herein is the same as that of the lithium ion
≪리튬 이온 이차 전지(100A)≫&Quot; Lithium ion secondary battery (100A) "
도 9는 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지(100A)를 도시하고 있다. 도 9에 있어서, 본 발명의 일실시 형태에서는 부극 시트(240A)의 구조가, 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지(100)와 상이하다. 부극 시트(240A)의 미도포 시공부는 부호 242A로 나타내고 있다. 도 10은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지(100A)의 부극 시트(240A)의 단면도이다.Fig. 9 shows a lithium ion
≪흑연 입자(710A)≫«
이 리튬 이온 이차 전지(100A)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(241A)와, 부극 집전체(241A)에 형성된 부극 활물질층(243A)을 갖고 있다. 부극 활물질층(243A)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 부극 활물질 입자(710A)로서의 비늘 조각 형상의 흑연 입자(비늘 조각 형상의 흑연 입자는, 비늘 조각 형상 흑연(Flake Graphite)이라고도 칭해짐)를 포함하고 있다.This lithium ion
이 흑연 입자(710A)는, 탄소 육각망 평면이 복수의 층을 형성하도록 겹쳐진 층 구조를 갖고 있다. 이 흑연 입자(710A)에서는, 충전 시에는, 리튬 이온은 흑연 입자(710A)의 에지부(층의 에지부)로부터 흑연 입자(710A)의 층간에 침입하여 흑연 입자(710A)의 층간에 퍼져 간다.The
이 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 이러한 비늘 조각 형상의 흑연 입자(710A)는, 적어도 일부가 비정질 탄소막(750)에 의해 덮인 흑연 입자가 포함되어 있다. 여기서, 비정질 탄소막(750)에 의해 덮인 부극 활물질 입자(710A)의 핵으로서는, 예를 들어 천연 흑연을 들 수 있다.In this embodiment, as shown in Fig. 10, such
≪비정질 탄소막(750)≫<< Amorphous carbon film (750) »
또한, 비정질 탄소막(750)은 비정질의 탄소 재료로 이루어지는 막이다. 예를 들어, 부극 활물질 입자(710A)의 핵이 되는 흑연 입자에 피치를 혼합하여 소성함으로써, 적어도 일부가 비정질 탄소막(750)에 의해 덮인 흑연 입자를 얻을 수 있다.The
여기서, 부극 활물질 입자(710A) 중의 비정질 탄소막(750)의 중량 비율(X)은 대략 0.01≤X≤0.10이면 된다. 당해 비정질 탄소막(750)의 중량 비율(X)은, 보다 바람직하게는 0.02≤X이면 되고, 또한 상한은, 보다 바람직하게는 X≤0.08, 또한 X≤0.06이면 된다. 이에 의해, 비정질 탄소막(750)에 의해, 보다 적당하게 덮인 부극 활물질 입자(710A)를 얻을 수 있다.Here, the weight ratio X of the
≪부극 활물질층(243A)≫&Quot; Negative electrode
부극 활물질층(243A)은, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)과, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)가 상이하다.10, the negative electrode
≪제1 영역(A1)≫&Quot; First area (A1) "
여기서, 제1 영역(A1)은 부극 활물질층(243A) 중 부극 집전체(241A) 근방의 영역이다. 제1 영역(A1)은, 예를 들어 부극 활물질층(243A) 중 부극 집전체(241A)로부터 두께가 0% 내지 30%의 영역이다. 부극 활물질층(243A)의 두께가 100㎛ 정도이면, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)은 부극 집전체(241A)의 표면으로부터 30㎛ 정도의 두께의 영역이다.Here, the first region A1 is a region in the anode
≪제2 영역(A2)≫&Quot; Second area A2 "
제2 영역(A2)은 부극 활물질층(243A) 중 표면측 근방의 영역이다. 전지 구성에서는, 부극 활물질층(243A) 중 세퍼레이터(262, 264)(정극 활물질층(223)(예를 들어, 도 9 참조))에 대향하는 면의 근방 영역이다. 제2 영역(A2)은, 예를 들어 부극 활물질층(243A) 중 부극 집전체(241A)로부터 두께가 70% 내지 100%의 영역이다. 바꾸어 말하면, 제2 영역(A2)은 부극 활물질층(243A) 중 표면측으로부터 부극 활물질층(243A)의 두께가 30%의 영역이다. 여기서, 제2 영역(A2)은, 다른 견해로는, 부극 활물질층(243A) 중 세퍼레이터(262, 264)(정극 활물질층(223)(도 9 참조))에 대향하는 면의 근방 영역이다. 예를 들어, 부극 활물질층(243A)의 두께가 100㎛ 정도이면, 표면측 근방의 제2 영역(A2)은 부극 활물질층(243A)의 표면으로부터 30㎛ 정도의 두께의 영역이다.The second region A2 is a region in the vicinity of the surface side of the negative electrode
≪흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)≫&Quot; Verticality Nx of
여기서, 각 영역에서의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)는 이하와 같이 구하면 된다.Here, the vertical degree Nx of the
우선, 부극 집전체(241A)에 형성된 부극 활물질층(243A)에 대해서 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비한다. 이어서, 당해 복수의 단면 SEM 화상에 있어서, 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 미리 정해진 수의 흑연 입자(710A)를 추출한다. 이어서, 당해 추출된 흑연 입자(710A)의 단면에서의 가장 긴 직경(당해 추출된 흑연 입자(710A)의 단면에서의 가장 긴 거리)을 따른 직선에 기초하여 각각 부극 집전체(241A)의 표면에 대한 기울기(θn)를 특정한다. 그리고, 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 흑연 입자(710A)의 수를 m1로 하고, 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 흑연 입자(710A)의 수를 m2로 한다. 그리고, 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 (m1/m2)로 하였다.First, a cross section SEM image of a plurality of cross sections is prepared for the negative electrode
「흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)」=(m1/m2)&Quot; Verticality Nx of
여기서, m1은, 부극 집전체(241A)에 대하여 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 정도이며, 부극 집전체(241A)에 대하여 비교적 서 있는 있는 흑연 입자(710A)의 수이다. 또한, m2는, 부극 집전체(241A)에 대하여 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 정도이며, 부극 집전체(241A)에 대하여 비교적 누워 있는 흑연 입자(710A)의 수이다.Herein, m1 is the number of
이와 같이, 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)는, (부극 집전체(241A)에 대하여 비교적 서 있는 흑연 입자(710A)의 수)/(부극 집전체(241A)에 대하여 비교적 누워 있는 흑연 입자(710A)의 수)로 평가되어 있다. 이로 인해, 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)는, 부극 활물질층(243A) 중에서 부극 집전체(241A)에 대하여 흑연 입자(710A)가 어느 정도 서 있는지를 평가하는 지표가 될 수 있다. 즉, 수직도(Nx)가 1이면, 부극 집전체(241A)에 대하여 비교적 서 있는 흑연 입자(710A)의 수와, 비교적 누워 있는 흑연 입자(710A)의 수가 동일수인 것을 나타내고 있다. 이에 반해, 수직도가 1보다도 커지면 커질수록, 흑연 입자(710A)가 부극 집전체(241A)에 대하여 서 있다고 평가할 수 있다. 또한, 이에 반해, 수직도가 1보다도 작아지면 작아질수록, 흑연 입자(710A)가 부극 집전체(241A)에 대하여 누워 있다고 평가할 수 있다.As described above, the vertical degree Nx of the
≪단면 SEM 화상≫&Quot; Cross-sectional SEM image &
여기서, 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 구할 때, 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비한다. 이 때, 예를 들어 평면에서 볼 때, 부극 집전체에 대략 균등하게 배치한 복수의 단면을 설정하고, 당해 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비하면 된다. 이와 같이 복수의 단면에서의 단면 SEM 화상을 준비함으로써, 흑연 입자(710A)가 균일하게 일정한 방향을 향하고 있는 경우에도 적당하게 수직도를 평가할 수 있다.Here, when obtaining the vertical degree Nx of the
이 경우, 예를 들어 부극 집전체(241A)에 형성된 부극 활물질층(243A)에 대해서, 도 11에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때, 부극 집전체(241A)에 임의로 설정된 0°, 45°, 90°, 135°의 4개의 단면에서의 단면 SEM 화상을 준비한다. 여기서, 0°, 45°, 90°, 135°의 4개의 단면은, 각각 부극 활물질층(243A)을 대략 소정의 각도에서 절단한 단면의 단면 SEM 화상이 얻어지면 된다.In this case, for example, as shown in Fig. 11, the negative electrode
도 11에서는 각 단면의 교점이 일치하고 있지만, 각 단면의 교점은 일치할 필요는 없다. 또한, 여기서는, 45°로 균등하게 배치한 4개의 단면을 고려하고 있지만, 예를 들어 대략 30°로 균등하게 배치한 6개의 단면을 고려해도 된다. 이와 같이 평면에서 볼 때, 부극 집전체(241A)에 대략 균등하게 배치한 복수의 단면을 설정하고, 당해 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비하면 된다.In Fig. 11, the intersection points of the respective cross sections coincide with each other, but the intersections of the cross section need not coincide with each other. Although four cross sections uniformly arranged at 45 占 are considered here, six cross sections evenly arranged at approximately 30 占 may be considered. As described above, it is sufficient to prepare a plurality of cross-sections arranged substantially equally to the anode
≪흑연 입자(710A)의 추출≫<< Extraction of
이어서, 당해 복수의 단면 SEM 화상에 있어서, 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 미리 정해진 수의 흑연 입자(710A)를 추출한다. 이 실시 형태에서는, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 각각 미리 정해진 수의 흑연 입자(710A)를 추출한다. 이 때, 상술한 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에 적어도 일부가 포함되는 흑연 입자(710A)로부터 미리 정해진 수의 흑연 입자(710A)를 추출하고 있다.Next, a predetermined number of
이 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 각각 100개 이상, 흑연 입자(710A)가 찍힌 단면 SEM 화상을 준비하면 된다. 그리고, 당해 단면 SEM 화상으로부터 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 각각 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 미리 정해진 수로서 3할 정도(예를 들어, 30개 정도)의 흑연 입자(710A)를 추출하면 된다.In this embodiment, for example, a cross-sectional SEM image in which 100 or
이 실시 형태에서는, 흑연 입자(710A)는 비늘 조각 형상의 흑연이며, 구형은 아니다. 이 경우, 단면 SEM 화상 중 외관의 단면적이 큰 흑연 입자(710A)는, 흑연 입자(710A)의 가장 긴 거리에 따른 단면일 가능성이 높다. 이로 인해, 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 3할 정도의 흑연 입자(710A)를 추출함으로써, 가장 긴 거리에 따른 단면에 가까운 흑연 입자(710A)를 추출할 수 있다.In this embodiment, the
≪흑연 입자(710A)의 기울기(θn)≫The inclination? N of the
도 12는, 당해 추출된 흑연 입자(710A)의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 당해 추출된 흑연 입자(710A)의 가장 긴 거리에 따른 직선(L)을 기초로 당해 흑연 입자(710A)의 부극 집전체(241A)의 표면에 대한 기울기(θn)를 특정한다.Fig. 12 schematically shows a cross-section of the extracted
그리고, 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 흑연 입자(710A)의 수를 m1로 하고, 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 흑연 입자(710A)의 수를 m2로 하고, 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 Nx=(m1/m2)로 하였다. 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각에서 측정하였다. 여기에서는, 부극 활물질층(243A) 중 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 「N1」이라고 하고, 부극 활물질층(243A) 중 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 「N2」라고 한다.When the number of
여기서, 부극 활물질층(243A)은, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)는 상이하다.Here, the negative electrode
예를 들어, 도 10에 도시한 예에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서는 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 작고, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서는 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 크다. 즉, 도 10에 도시한 예에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서는 흑연 입자(710A)가 누워 있고, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서는 흑연 입자(710A)가 서 있다.10, in the first region A1 near the anode
이와 같이, 이 실시 형태에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)과 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)가 상이하다. 이러한 형태에서는, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 경계 영역에서 수직도(Nx)가 상이한 흑연 입자(710A)군이 교차하고 있다. 이로 인해, 당해 경계 영역에서 흑연 입자(710A)끼리의 접촉이 많아지고 있다. 이 경우, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)의 차(N2-N1)의 절대값은, 예를 들어 0.2 이상(|N2-N1|≥0.2), 예를 들어 0.3 이상(|N2-N1|≥0.3)이면 된다. 이에 의해, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)를 상이하게 한 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있게 된다.Thus, in this embodiment, the vertical degree Nx of the
≪부극 활물질층(243A)의 제작 방법≫<< Production Method of Negative Electrode
이러한 부극 활물질층(243A)은, 예를 들어 부극 합제를 준비하는 공정A와, 부극 집전체(241A)에 부극 활물질층(243A)을 형성하는 공정B를 포함하고 있다. 공정A에서는, 적어도 비늘 조각 형상의 흑연 입자(710A)와 바인더(730)를 용매에 혼합한 부극 합제가 준비된다. 공정B에서는, 공정A에서 생성된 부극 합제가 부극 집전체(241A)에 도포된다.The negative electrode
상세하게는, 공정B는 도포 공정, 건조 공정, 배향 공정을 포함하고 있다. 도포 공정은 부극 집전체(241A)에 부극 합제를 도포하는 공정이다. 건조 공정은 부극 집전체(241A)에 도포된 부극 합제를 건조하는 공정이다. 배향 공정은 자장을 부여하고, 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자(710A)의 방향을 조정하는 공정이다. 이 실시 형태에서는, 도포 공정과 건조 공정은 적어도 2회 행해지고, 부극 집전체(241A)에 대하여 재차 부극 합제를 도포한다. 그리고, 배향 공정은 도포 공정 후 건조 공정 전에 적어도 1회 행해지면 된다.Specifically, Step B includes a coating step, a drying step and an orientation step. The application step is a step of applying the negative electrode mixture to the
≪제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 선 형태≫In the " second region A2, the
이 경우, 배향 공정은, 최후의 도포 공정 후 건조 공정 전에 행해지고, 당해 최후의 도포 공정에서 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자를 부극 집전체에 대하여 세워도 된다. 이에 의해, 도 10에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 누워 있고, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 선 부극 활물질층(243A)을 제작할 수 있다.In this case, the aligning step may be carried out before the drying step after the last coating step, and the graphite particles in the negative electrode material mixture applied in the last coating step may be formed on the negative electrode current collector. 10, the
이 경우, 최후의 도포 공정보다도 전에, 부극 집전체(241A)에 형성된 부극 합제의 층을 압연하는 압연 공정을 구비하고 있어도 된다. 예를 들어, 부극 집전체(241A)에 대하여 부극 합제를 2회로 나누어서 도포할 경우, 압연 공정은, 예를 들어 1회째의 건조 공정 후, 2회째의 도포 공정 전에 실시해도 된다. 이에 의해, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)를 보다 낮게 할 수 있으므로, 당해 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)의 차를 크게 할 수 있다.In this case, a rolling step of rolling the negative electrode mixture layer formed on the
도 10에 도시한 예에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 누워 있고, 정극 활물질층(223)(도 9 참조)에 대향하는 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 서 있다. 이로 인해, 충전 시에는 부극 활물질층(243A)에 리튬 이온이 들어가기 쉽고, 방전 시에는 부극 활물질층(243A)으로부터 리튬 이온이 방출되기 쉽다. 또한, 도 10에 도시한 예에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서는 흑연 입자(710A)가 누워 있다. 이 경우, 리튬 이온이 부극 활물질층(243A)의 표면측으로부터 들어가기 쉽다. 또한, 부극 활물질층(243A)에 들어간 리튬 이온은, 부극 활물질층(243A) 중 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 확산되기 쉬운 경향이 있다.In the example shown in Fig. 10,
도 10에 도시한 바와 같이, 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 누워 있고, 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 서 있는 형태에 있어서는, 예를 들어 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)가 (m1/m2)≤1이며, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)가 (m1/m2)≥1.2이면 된다.10, in the form in which the
이 경우, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)는 (m1/m2)≤0.8이면 된다. 더욱 바람직하게는, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)는 (m1/m2)≤0.6이어도 된다.In this case, the perpendicularity Nx (m1 / m2) of the
또한, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)는 (m1/m2)≥1.5이면 된다. 더욱 바람직하게는, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)는 (m1/m2)≥2.0이면 된다. 더욱 바람직하게는, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)(m1/m2)는 (m1/m2)≥3.0이면 된다.The perpendicularity Nx (m1 / m2) of the
또한, 이 경우, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 클수록, 리튬 이온 이차 전지(100A)에서의 리튬 이온의 확산 저항이 저하되는 경향이 있다. 예를 들어, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 (N2-N1)≥1.4이면 된다. 더욱 바람직하게는, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)는 (N2-N1)≥2.5이면 된다. 이와 같이, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 플러스이고, 그 차가 클수록 리튬 이온 이차 전지(100A)에서의 리튬 이온의 확산 저항을 보다 현저하게 저하시키는 경향이 있다.In this case, the difference (N2-N1) between the perpendicularity N2 of the
≪제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 선 형태≫&Quot; In the first region A1, the
또한, 도 13은 부극 활물질층(243A)의 다른 형태를 도시하는 단면도이다. 도 13에 도시한 예에서는, 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 부극 집전체(241A)에 대하여 서 있고, 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 부극 집전체(241A)에 대하여 누워 있다. 바꾸어 말하면, 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)가 크고, 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)가 작다.13 is a sectional view showing another form of the negative electrode active material layer 243A. 13, the
이 경우, 배향 공정은 1회째의 도포 공정 후 건조 공정 전에 행해지고, 당해 1회째의 도포 공정에서 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자(710A)를 부극 집전체(241A)에 대하여 세우면 된다. 또한, 이 경우, 1회째의 건조 공정에서 건조시킨 부극 합제는, 압연하지 않고 2회째 이후의 도포 공정을 행하면 되고, 또한, 최후의 건조 공정에서 건조시킨 부극 합제를 압연하면 된다. 이 때, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)가 눕지 않을 정도로 압연량을 작게 억제하면 된다. 이에 의해, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 크게 유지하면서, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)를 작게 할 수 있다. 이와 같이, 압연 공정을 적절하게 추가함으로써, 당해 제1 영역(A1)과 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)의 수직도(Nx)의 차를 적절하게 조정할 수 있다.In this case, the alignment step is carried out after the first coating step and before the drying step, and the
도 13에 도시한 예에서는, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 흑연 입자(710A)가 서 있고, 정극 활물질층(223)(도 9 참조)에 대향하는 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 누워 있다. 이로 인해, 부극 활물질층(243A)은 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)에서 리튬 이온의 반응이 빠르다. 이로 인해, 예를 들어 하이 레이트에서의 충전이나 방전의 반응 속도가 높은 부극 활물질층(243A)을 얻을 수 있다. 또한, 표면측 근방의 제2 영역(A2)에서 흑연 입자(710A)가 누워 있으므로, 부극 활물질층(243A)에 축적된 리튬 이온이 방출되기 어렵다. 이로 인해, 리튬 이온 이차 전지(100A)(도 9 참조)의 용량을 높게 유지하기 쉽다.13,
이 경우, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≥1.2이며, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≤0.9이면 된다. 또한, 바람직한 형태로서, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 (N2-N1)≤-0.8이면 된다. 이 경우, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 마이너스이며, 그 절대값이 클수록 리튬 이온 이차 전지(100A)의 용량 유지율 및 저항 증가율이 좋은 경향이 있다.In this case, when the vertical degree N1 of the
≪평가용 셀≫«Evaluation cell»
본 발명자는, 부극 시트(240A)에 대해서, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 표면측 근방의 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 상이한 부극 활물질층(243A)이 형성된 복수의 샘플을 준비하였다. 그리고, 각 부극 시트(240A)를 사용하여 평가용 셀을 제작하고, 직류 저항, 확산 저항, 용량 유지율, 저항 증가율을 평가하였다. 여기서, 평가용 셀은 정격 용량이 250mAh인 18650형 전지이다.The present inventor has found that the
≪평가용 셀의 정극≫&Quot; Positive electrode of evaluation cell "
여기서, 평가용 셀의 정극은, 두께 15㎛의 알루미늄박을 정극 집전체에 사용하였다. 정극 활물질층을 형성할 때에 준비한 정극 합제의 고형분은, 중량 비율에서 정극 활물질:도전재:바인더=87:10:3으로 하였다. 정극 활물질로서는, LiNiCoMnO2(리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물)의 입자가 사용되고 있고, 각 평가용 셀에서 공통의 정극 활물질이 사용되고 있다. 도전재로서 아세틸렌 블랙이 사용되고 있다. 바인더로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)이 사용되고 있다.Here, as the positive electrode of the evaluation cell, an aluminum foil having a thickness of 15 mu m was used for the positive electrode current collector. The solid content of the positive electrode mixture prepared at the time of forming the positive electrode active material layer was set at a weight ratio of the positive electrode active material: conductive material: binder = 87: 10: 3. As the positive electrode active material, particles of LiNiCoMnO 2 (lithium nickel cobalt manganese composite oxide) are used, and a common positive electrode active material is used in each evaluation cell. Acetylene black is used as a conductive material. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as a binder.
≪평가용 셀의 부극≫&Quot; Negative electrode of evaluation cell &
평가용 셀의 부극은, 두께 10㎛의 구리박을 부극 집전체에 사용하였다. 부극 활물질층을 형성할 때에 준비한 부극 합제의 고형분은, 중량 비율에서 부극 활물질:증점제:바인더=98:1:1로 하였다. 여기에서는, 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)가 사용되고 있다. 또한, 바인더로서 스티렌·부타디엔 고무(SBR)가 사용되고 있다.A copper foil having a thickness of 10 mu m was used for the negative electrode of the evaluation cell. The solid content of the negative electrode mixture prepared at the time of forming the negative electrode active material layer was set at a weight ratio of negative electrode active material: thickener: binder = 98: 1: 1. Herein, carboxymethyl cellulose (CMC) is used as a thickener. Further, styrene-butadiene rubber (SBR) is used as a binder.
≪평가용 셀의 부극 활물질 입자(710A)≫&Quot; Negative electrode
평가용 셀의 부극 활물질 입자(710A)에는, 부극 활물질 입자(710A)의 핵이 되는 흑연 입자에 피치를 혼합하여 소성해서 적어도 일부가 비정질 탄소막(750)에 의해 덮인 흑연 입자를 사용하고 있다(도 10 참조). 여기에서는, 각 평가용 셀에 있어서, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 상이한 부극 활물질층(243A)이 형성된 부극 시트(240A)가 사용되고 있다. 각 평가용 셀은 부극 시트(240A)를 제외하고 동일 조건으로 제작되어 있다.Graphite particles whose pitch is mixed with graphite particles serving as nuclei of the negative electrode
평가용 셀은, 우선 소정의 컨디셔닝이 행해진다.In the evaluation cell, first, predetermined conditioning is performed.
≪컨디셔닝≫«Conditioning»
여기서 컨디셔닝은 다음의 순서 1, 2에 의해 행해진다.Here, the conditioning is performed by the following
순서1: 1C의 정전류 충전으로 4.1V에 도달한 후, 5분간 휴지한다.Step 1: After reaching 4.1 V with constant current charge of 1C, stop for 5 minutes.
순서2: 순서1의 후, 정전압 충전으로 1.5시간 충전하고, 5분간 휴지한다.Step 2: After
≪정격 용량의 측정≫«Measurement of rated capacity»
상기 컨디셔닝 후, 평가용 셀에 대하여 정격 용량이 측정된다. 정격 용량의 측정은, 다음의 순서 1 내지 3에 의해 측정되어 있다. 또한, 여기에서는 온도에 의한 영향을 일정하게 하기 위해서, 정격 용량은 온도 25℃의 온도 환경에서 측정되어 있다.After the conditioning, the rated capacity is measured for the evaluation cell. The rated capacity is measured by the following
순서1: 1C의 정전류 방전에 의해 3.0V에 도달한 후, 정전압 방전으로 2시간 방전하고, 그 후, 10초간 휴지한다.Step 1: After reaching 3.0 V by the constant current discharge of 1C, discharge by the constant voltage discharge for 2 hours and then stopping for 10 seconds.
순서2: 1C의 정전류 충전에 의해 4.1V에 도달한 후, 정전압 충전으로 2.5시간 충전하고, 그 후, 10초간 휴지한다.Step 2: After reaching 4.1 V by constant current charging of 1C, charge for 2.5 hours by constant voltage charging and then stop for 10 seconds.
순서3: 0.5C의 정전류 방전에 의해 3.0V에 도달한 후, 정전압 방전으로 2시간 방전하고, 그 후, 10초간 정지한다.Step 3: After reaching 3.0 V by a constant current discharge of 0.5 C, discharge by constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.
정격 용량: 순서3에서의 정전류 방전부터 정전압 방전에 이르는 방전에서의 방전 용량(CCCV 방전 용량)을 정격 용량으로 한다. 이 평가용 셀에서는, 정격 용량이 대략 1Ah가 된다.Rated capacity: The discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in
≪SOC 조정≫«SOC adjustment »
SOC 조정은 다음의 1, 2의 순서에 의해 조정된다. 여기서, SOC 조정은, 상기 컨디셔닝 공정 및 정격 용량의 측정 후에 행하면 된다. 또한, 여기서는, 온도에 의한 영향을 일정하게 하기 위해서, 25℃의 온도 환경 하에서 SOC 조정을 행하고 있다.The SOC adjustment is adjusted by the following
순서1: 3V부터 1C의 정전류로 충전하고, 정격 용량의 대략 60%의 충전 상태(SOC 60%)로 한다.Step 1: Charge with a constant current of 3V to 1C, and charge state (SOC 60%) of approximately 60% of the rated capacity.
순서2: 순서1의 후, 2.5시간, 정전압 충전한다.Step 2: After
이에 의해, 평가용 셀은 소정의 충전 상태로 조정할 수 있다.Thereby, the evaluation cell can be adjusted to a predetermined charging state.
이어서, 이러한 평가용 셀에 대해서, 직류 저항, 확산 저항, 용량 유지율, 저항 증가율을 평가하였다.Then, the DC resistance, the diffusion resistance, the capacity retention rate, and the rate of increase in resistance were evaluated for these evaluation cells.
≪직류 저항≫«DC Resistance»
여기서, 직류 저항은 리튬 이온 이차 전지 중 전자 저항과 전해액 저항에 기초하는 저항이며, 교류 임피던스 측정법에 의해 측정할 수 있다. 도 14는, 교류 임피던스 측정법에서의 Cole-Cole 플롯(나이키스트·플롯)의 전형예를 나타내는 도면이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 교류 임피던스 측정법에서의 등가 회로 피팅에 의해 얻어지는 Cole-Cole 플롯을 기초로 직류 저항(Rsol)과 반응 저항(Rct)을 산출할 수 있다. 여기서, 반응 저항(Rct)은 하기의 식에서 구할 수 있다.Here, the direct current resistance is a resistance based on the electric resistance and the electrolyte resistance in the lithium ion secondary battery, and can be measured by an alternating current impedance measurement method. 14 is a diagram showing a typical example of a Cole-Cole plot (Nyquist plot) in the AC impedance measurement method. As shown in Fig. 14, the DC resistance (Rsol) and the reaction resistance (Rct) can be calculated based on the Cole-Cole plot obtained by the equivalent circuit fitting in the ac impedance measurement method. Here, the reaction resistance Rct can be obtained by the following equation.
Rct=(Rsol+Rct)-RsolRct = (Rsol + Rct) -Rsol
이러한 측정 및 직류 저항(Rsol)과 반응 저항(Rct)의 산출은, 미리 프로그램된 시판되는 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 이러한 장치로서는, 예를 들어 Solartron사제의 전기 화학 임피던스 측정 장치가 있다. 여기에서는, 실온(약 25℃)의 온도 환경에서, SOC 40%(정격 용량의 대략 40%의 충전 상태)로 조정된 평가용 셀을 기초로 10-1 내지 105Hz의 주파수 범위에서 복소 임피던스 측정을 행하였다. 여기에서는, 도 14에서 나타낸 바와 같이, 나이키스트·플롯의 등가 회로 피팅에 의해 얻어지는 반응 저항(Rsol)을 「직류 저항」으로 하였다.Such measurement and calculation of the direct current resistance (Rsol) and the reaction resistance (Rct) can be carried out by using a commercially available apparatus that has been programmed in advance. As such an apparatus, there is, for example, an electrochemical impedance measuring apparatus manufactured by Solartron. Here, a complex impedance measurement is performed in a frequency range of 10-1 to 105 Hz based on an evaluation cell adjusted to an SOC of 40% (a charging state of about 40% of a rated capacity) at a room temperature (about 25 ° C) . Here, as shown in Fig. 14, the reaction resistance Rsol obtained by the equivalent circuit fitting of the Nyquist plot was defined as " DC resistance ".
≪확산 저항≫«Diffusion resistance»
확산 저항은 리튬 이온의 확산에 기초하는 저항이며, 이하의 순서에 의해 측정되고 있다. 또한, 여기에서는 온도에 의한 영향을 일정하게 하기 위해서, 정격 용량은 온도 25℃의 온도 환경에서 측정되고 있다.The diffusion resistance is a resistance based on the diffusion of lithium ions and is measured by the following procedure. Here, the rated capacity is measured in a temperature environment at a temperature of 25 占 폚 in order to make the influence by the temperature constant.
순서1: 평가용 셀을 SOC 60%로 조정하고, 1C로 45초간 CC 방전(정전류 방전)을 행하고, 방전 후의 평가용 셀의 전압을 측정한다.Step 1: The cell for evaluation is adjusted to SOC 60%, the CC discharge (constant current discharge) is performed at 1C for 45 seconds, and the voltage of the evaluation cell after discharge is measured.
순서2: 평가용 셀을 SOC 60%로 조정하고, 30C로 45초간 CC 방전(정전류 방전)을 행하고, 방전 후의 평가용 셀의 전압을 측정한다.Step 2: Adjust the cell for evaluation to SOC 60%, perform CC discharge (constant current discharge) at 30C for 45 seconds, and measure the voltage of the evaluation cell after discharge.
순서3: 순서1과 순서2에서 측정된 방전 후의 평가용 셀의 전압의 차를 구한다.Step 3: The difference between the voltages of the evaluation cell after discharge measured in
≪용량 유지율≫«Capacity retention rate»
여기서, 용량 유지율(사이클 후 용량 유지율)은, 소정의 충전 상태로 조정된 평가용 셀의 초기 용량과, 소정의 충방전 사이클 후의 평가용 셀의 용량(이하, 적절하게 「사이클 후 용량」이라고 함)의 비((사이클 후 용량)/(초기 용량))로 구해진다.Here, the capacity retention ratio (capacity retention ratio after cycling) is calculated by dividing the initial capacity of the evaluation cell adjusted to a predetermined charging state and the capacity of the evaluation cell after a predetermined charge-discharge cycle (hereinafter, ) ((Post-cycle capacity) / (initial capacity)).
「사이클 후 용량 유지율」=(사이클 후 용량)/(초기 용량)×100(%)Quot; post-cycle capacity retention rate " = (post-cycle capacity) / (initial capacity) x 100 (%
여기에서는, 「초기 용량」은 25℃에서 SOC 60%로 조정된 평가용 셀을 기초로 측정한 방전 용량이다. 여기서, 「방전 용량」은, 각각 25℃에서 4.1V부터 3.0V까지 1C의 정전류로 방전시키고, 계속하여 합계 방전 시간이 2시간이 될 때까지 정전압으로 방전시켰을 때에 측정되는 적산 용량(방전 용량)이다.Here, the " initial capacity " is the discharge capacity measured based on the evaluation cell adjusted to SOC 60% at 25 ° C. Here, the " discharge capacity " refers to the total discharge capacity (discharge capacity) measured when discharging is performed at a constant current of 1 C from 4.1 V to 3.0 V at 25 캜 and subsequently discharged to a constant voltage until the total discharge time reaches 2 hours. to be.
또한, 「사이클 후 용량」은, 평가용 셀을 소정의 온도 환경에서 소정의 충방전 사이클을 행한다. 그리고, 충방전 후의 평가용 셀을 기초로 25℃의 온도 환경에서 측정한 방전 용량을 측정한다. 여기에서의 「방전 용량」의 측정은 초기 용량의 「방전 용량」의 측정에 준하고 있다. 여기서, 용량 유지율(사이클 후 용량 유지율)은 -30℃의 온도 환경에서 소정의 충방전 사이클을 8000사이클 후의 용량 유지율이다. 이러한 용량 유지율은, 25℃의 온도 환경에서 평가용 셀에 상기 컨디셔닝을 실시한 후, 3.0V까지 정전류 방전한 후, 정전류 정전압으로 충전을 행하여 SOC 60%로 조정한다. 그 후, 소정의 충방전 사이클을 행하면 된다.The " post-cycle capacity " performs a predetermined charge / discharge cycle in the evaluation cell at a predetermined temperature environment. Then, based on the evaluation cell after charging and discharging, the discharge capacity measured in a temperature environment of 25 캜 is measured. The measurement of the " discharge capacity " here corresponds to the measurement of the " discharge capacity " of the initial capacity. Here, the capacity retention rate (capacity retention ratio after cycle) is the capacity retention rate after a predetermined charge / discharge cycle of 8000 cycles in a temperature environment of -30 占 폚. The capacity maintenance rate is obtained by subjecting the evaluation cell to the above-described conditioning in a temperature environment of 25 占 폚, then discharging it to 3.0 V at constant current, then charging it at a constant current constant voltage to adjust the SOC to 60%. Thereafter, a predetermined charge / discharge cycle may be performed.
여기서, 충방전의 1사이클은 이하의 (I) 내지 (IV)의 순서로 이루어진다.Here, one cycle of charge / discharge is performed in the order of (I) to (IV) below.
(I)30C의 정전류로 0.1초간 방전한다(CC 방전).(I) Discharge at a constant current of 30 C for 0.1 second (CC discharge).
(II)5C의 정전류로 0.4초간 방전한다(CC 방전).(II) Discharge at a constant current of 5C for 0.4 seconds (CC discharge).
(III)30C의 정전류로 0.5초간 충전한다(CC 충전).(III) Charge at a constant current of 30 C for 0.5 seconds (charge CC).
(IV)5C, 20초의 CC-CV 방전으로 SOC 60%로 한다.(IV) 5C, 20 seconds of CC-CV discharge, the SOC is 60%.
(I) 내지 (IV)의 순서에서는, 각각 소정의 인터벌(예를 들어, 10분 정도)을 두면 된다. 또한, -30℃ 8000사이클 후의 용량 유지율의 측정에서는, 이러한 (I) 내지 (IV)로 이루어지는 충방전의 1사이클을 8000회 반복한다.(I) to (IV), a predetermined interval (for example, about 10 minutes) may be provided. In addition, in the measurement of the capacity retention ratio after 8000 cycles at -30 占 폚, one cycle of charge and discharge consisting of (I) to (IV) is repeated 8,000 times.
≪저항 증가율≫«Resistance increase rate»
여기서, 저항 증가율은, 하이 레이트 방전 사이클 후 저항 상승률(하이 레이트 방전 열화율)이라고도 칭해진다. 여기에서는, 25℃의 온도 환경에서 평가용 셀에 상기 컨디셔닝을 실시한 후, 3.0V까지 정전류 방전하고, 그 후, 정전류 정전압으로 충전하여 SOC(state of charge) 60%(SOC 60%: 정격 용량의 60%)로 조정한다. 그리고, 하이 레이트에서의 충방전을 반복한 후, 평가용 셀의 저항 상승률을 측정한다. 여기에서는, 온도에 의한 영향을 일정하게 하기 위해서, 하이 레이트 열화 시험은 대체로 20℃ 내지 25℃의 온도 환경 하에서 행하고 있다.Here, the rate of increase in resistance is also referred to as a rate of resistance increase (high rate discharge deterioration rate) after a high rate discharge cycle. In this case, the above conditioning was performed on the evaluation cell at a temperature of 25 占 폚, then the cell was discharged at a constant current of 3.0 V and then charged at a constant current and a constant voltage to obtain a SOC (state of charge) of 60% 60%). Then, after the charging and discharging at the high rate is repeated, the rate of increase in resistance of the evaluation cell is measured. Here, in order to make the influence by the temperature constant, the high rate deterioration test is performed under a temperature environment of generally 20 to 25 占 폚.
하이 레이트에서의 충방전의 1사이클은 이하의 (I) 내지 (V)와 같다.One cycle of charging and discharging at the high rate is as follows (I) to (V).
(I)30C의 정전류로 10초간 방전한다.(I) Discharge for 10 seconds at a constant current of 30C.
(II)10초간 휴지한다.(II) Stop for 10 seconds.
(III)5C의 정전류로 60초간(1분간) 충전한다.(III) 5C for 60 seconds (1 minute).
(IV)10분간 휴지한다.(IV) Stop for 10 minutes.
(V)사이클마다 (I)의 방전에 대한 평가용 셀의 저항을 측정한다.The resistance of the evaluation cell with respect to the discharge of (I) is measured every (V) cycles.
이러한 (I) 내지 (V)로 이루어지는 충방전의 1사이클을 6000회 반복한다. 이 때, 100사이클마다 상기와 같이 평가용 셀을 SOC 60%로 조정한다. 그리고, 평가용 셀의 하이 레이트 방전 저항 상승률은, 이러한 하이 레이트에서의 충방전의 사이클에 있어서, 1사이클째에 측정된 저항(Ω1)과, 6000사이클째에 측정된 저항(ΩE)의 비(ΩE/Ω1)에 기초하여 저항 상승률을 산출하고 있다.One charge / discharge cycle consisting of (I) to (V) is repeated 6,000 times. At this time, the evaluation cell is adjusted to SOC 60% every 100 cycles as described above. The rate of increase of the high rate discharge resistance of the evaluation cell is calculated by multiplying the resistance (Ω 1 ) measured in the first cycle and the resistance (Ω E ) measured in the 6000th cycle in the charge / The resistance increase rate is calculated based on the ratio (? E /? 1 ).
「저항 상승률」=(ΩE/Ω1)&Quot; resistance increase rate " = (? E /? 1 )
≪샘플과 그 평가≫«Samples and their evaluation»
본 발명자는, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)와, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 상이한 부극 활물질층(243A)이 형성된 부극 시트(240A)를 사용하여 제작한 평가용 셀을 각각 복수 준비하였다. 그리고, 각 평가용 셀에 대해서 각각 직류 저항, 확산 저항, 용량 유지율, 저항 상승률을 측정하였다. 표 1 내지 표 3은 당해 시험의 결과를 나타내고 있다. 도 15는 표 1의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다. 도 15 중, 흑색의 사각 「■」의 플롯군(D1)은 직류 저항을 나타내고 있고, 흑색의 마름모꼴 「◆」의 플롯군(D2)은 확산 저항을 나타내고 있다. 도 16은 표 2의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다. 도 17은 표 3의 데이터를 샘플마다 플롯한 도면이다. 도 17 중, 흑색의 사각 「■」의 플롯군(D3)은 용량 유지율을 나타내고 있고, 흑색의 마름모꼴 「◆」의 플롯군(D4)은 저항 상승률을 나타내고 있다.The present inventor has found that the negative electrode
부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≤1이며, 또한, 표면측 근방의 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≥1.2인 경우에는, 직류 저항 및 확산 저항이 낮게 억제되는 경향이 있다(예를 들어, 샘플 1 내지 5).The
또한, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1) 및 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 모두 0.3 내지 0.8 정도인 경우에는 확산 저항이 높아지는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플 6 내지 8). 또한, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 1.2 내지 2.2 정도이어도, 표면측 근방의 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 0.4 내지 0.5 정도인 경우에는 확산 저항이 높아지는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플 9, 10). 또한, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1) 및 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 모두 1.3 내지 1.5 정도인 경우에는 직류 저항이 높아지는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플11).When the verticality N1 of the
또한, 부극 집전체(241A) 근방의 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≤1이며, 또한, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≥3.0인 경우에는 확산 저항이 대폭 저하되는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플 12 내지 14).The
제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)는, 예를 들어 (N2-N1)≥1.4이면 된다. 이 경우, 확산 저항이 낮아지는 경향이 있다(예를 들어, 샘플 3 내지 5). 또한, 당해 (N2-N1)은 (N2-N1)≥2.0, 보다 바람직하게는 (N2-N1)≥2.4이면 된다. 이에 의해, 확산 저항이 현저하게 낮아지는 경향이 있다(예를 들어, 샘플 12 내지 14).The difference N2-N1 between the verticality N2 of the
또한, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≥1.2이며, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≤0.9이면 된다. 이에 의해, 용량 유지율을 높게 유지하고, 저항 상승률을 낮게 억제할 수 있다(예를 들어, 샘플 21 내지 25). 이 경우, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≥1.4로 해도 된다. 또한, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≤0.7로 해도 된다. 또한, 이 경우, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)와, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)의 차(N2-N1)가 (N2-N1)≤-0.8이면 된다.If the vertical degree N1 of the
또한, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1) 및 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 모두 0.3 내지 0.6 정도인 경우에는 저항 증가율이 높아지는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플 26, 27). 또한, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1) 및 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 모두 0.4 내지 0.6 정도인 경우에, 표면측 근방의 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 0.8 내지 2.0 정도로 높은 경우에는 용량 유지율이 저하되는 경향이 있었다(예를 들어, 샘플 28 내지 30)). 따라서, 용량 유지율을 높게 하고, 또한, 저항 상승률을 낮게 억제하기 위해서는, 제1 영역(A1)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N1)가 N1≥1.2이며, 제2 영역(A2)의 흑연 입자(710A)의 수직도(N2)가 N2≤0.9이면 된다.When the verticality N1 of the
이상, 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지(100A)를 설명했지만, 본 발명에 관한 리튬 이온 이차 전지는 상술한 어느 것의 실시 형태에도 한정되지 않는다.The lithium ion
상술한 바와 같이, 본 발명은 리튬 이온 이차 전지의 출력 특성 향상에 기여한다. 이로 인해, 본 발명에 관한 리튬 이온 이차 전지는, 특히, 하이 레이트에서의 출력 특성 또는 사이클 특성에 대하여 요구되는 레벨이 높은 하이브리드 자동차, 또한, 특히 용량에 대하여 요구되는 레벨이 높은 플러그인 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 구동용 전지 등 차량 구동 전원용의 이차 전지에 적합하다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention contributes to improvement of output characteristics of a lithium ion secondary battery. Therefore, the lithium ion secondary battery according to the present invention is particularly useful as a hybrid automobile having a high level required for output characteristics or cycle characteristics at high rates, a plug-in hybrid vehicle having a high level required for capacity, And is suitable for a secondary battery for a vehicle driving power source such as a driving battery for an automobile.
이 경우, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 이차 전지의 복수개를 접속하여 조합한 조전지의 형태로, 자동차 등의 차량(1)의 모터(전동기)를 구동시키는 차량 구동용 전지(1000)로서 적절하게 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시 형태에서는, 리튬 이온 이차 전지는 직류 저항 및 확산 저항을 적절하게 낮게 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시 형태에서는, 리튬 이온 이차 전지는 용량 유지율을 높게 유지하고, 또한, 저항 상승률을 낮게 억제할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 관한 리튬 이온 이차 전지는, 저항을 낮게 억제하는 것, 용량을 높게 유지하는 것, 또는, 저항 상승률을 낮게 억제하는 것이 요구되는 차량 구동용 전지(1000)로서 특히 적합하다. 본 발명의 일실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지는, 예를 들어 하이브리드 자동차(특히, 플러그인 하이브리드 자동차) 또는 전기 자동차의 구동용 전지로서, 예를 들어 정격 용량이 3.0Ah 이상인 리튬 이온 이차 전지에 적합하다.In this case, as shown in Fig. 18, for example, a vehicle drive battery 1000 (a motor) for driving a motor (electric motor) of a
1 : 차량
100, 100A : 리튬 이온 이차 전지
200, 200A : 권회 전극체
220 : 정극 시트
221 : 정극 집전체
222 : 미도포 시공부
223 : 정극 활물질층
224 : 중간 부분
225 : 간극(공동(空洞))
240, 240A : 부극 시트
241, 241A : 부극 집전체
242, 242A : 미도포 시공부
243, 243A : 부극 활물질층
245 : 간극(공동(空洞))
262, 264 : 세퍼레이터
280 : 전해액
290 : 충전기
300 : 전지 케이스
310, 312 : 간극
320 : 용기 본체
322 : 덮개와 용기 본체의 이음매
340 : 덮개
350 : 주액 구멍
352 : 밀봉 캡
360 : 안전 밸브
420 : 전극 단자
420a : 전극 단자(420)의 선단부
440 : 전극 단자
440a : 전극 단자(440)의 선단부
610 : 정극 활물질 입자
620 : 도전재
630 : 바인더
710 : 부극 활물질 입자
710A : 흑연 입자(부극 활물질 입자)
730 : 바인더
750 : 비정질 탄소막
1000 : 차량 구동용 전지
A1 : 제1 영역
A2 : 제2 영역
WL : 권회축1: vehicle
100, 100A: Lithium ion secondary battery
200, 200A: wound electrode body
220: Positive electrode sheet
221: positive electrode current collector
222: Uncoated portion
223: positive electrode active material layer
224: middle portion
225: gap (cavity)
240, 240A: negative electrode sheet
241, 241A: anode collector
242, 242A: Uncoated portion
243, 243A: Negative electrode active material layer
245: Clearance (cavity)
262, 264: separator
280: electrolyte
290: Charger
300: Battery case
310, 312: clearance
320:
322: Joint of cover and container body
340: cover
350: Injection hole
352: sealing cap
360: Safety valve
420: electrode terminal
420a: the tip of the
440: Electrode terminal
440a: the tip of the
610: positive electrode active material particle
620: Conductive material
630: Binder
710: Negative electrode active material particle
710A: Graphite particles (negative electrode active material particles)
730: binder
750: Amorphous carbon film
1000: Vehicle drive battery
A1: first region
A2: second region
WL: winding axis
Claims (16)
상기 부극 집전체에 형성된 부극 활물질층을 갖고,
상기 부극 활물질층은, 비늘 조각 형상의 흑연 입자를 포함하고, 상기 부극 집전체 근방의 제1 영역과, 표면측 근방의 제2 영역에서 상기 흑연 입자의 수직도가 상이하고,
상기 흑연 입자의 수직도는, 상기 부극 집전체의 표면에 대한 기울기(θn)가 60°≤θn≤90°인 상기 흑연 입자의 수를 m1로 하고, 상기 부극 집전체의 표면에 대한 기울기(θn)가 0°≤θn≤30°인 상기 흑연 입자의 수를 m2로 하고,
흑연 입자의 수직도=(m1/m2)로 구해진, 리튬 이온 이차 전지.The negative electrode collector,
And a negative electrode active material layer formed on the negative electrode collector,
Wherein the negative electrode active material layer includes scaly graphite particles and the graphite particles have different vertical degrees in a first region in the vicinity of the negative electrode current collector and a second region in the vicinity of the surface side,
Wherein the graphite particles have a vertical degree that the number of the graphite particles having a slope? N of 60 占?? N? 90 占 with respect to the surface of the negative electrode current collector is m1 and a slope? N ) Is 0 DEG &le;&le; n &le; 30 DEG,
And the vertical degree of graphite particles = (m1 / m2).
상기 부극 집전체에 형성된 상기 부극 활물질층에 대해서 복수의 단면의 단면 SEM 화상을 준비하고,
상기 복수의 단면의 단면 SEM 화상에 있어서, 외관의 단면적이 큰 쪽으로부터 미리 정해진 수의 흑연 입자를 추출하고,
상기 부극 집전체의 표면에 대한, 당해 추출된 흑연 입자의 단면에서의 가장 긴 직경을 따른 직선의 기울기에 의해, 각각 특정된, 리튬 이온 이차 전지.The method according to claim 1, wherein the slope (? N) of the graphite particles to the negative-
Sectional SEM images of a plurality of cross sections are prepared on the negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector,
Wherein a predetermined number of graphite particles are extracted from a cross section SEM image of a plurality of cross sections having a larger cross sectional area of an outer appearance,
And the slope of a straight line along the longest diameter in the cross section of the extracted graphite particles with respect to the surface of the negative electrode collector.
상기 제2 영역은 상기 부극 활물질층 중 상기 부극 집전체로부터 두께가 70% 내지 100%의 영역인, 리튬 이온 이차 전지.The positive electrode according to claim 1 or 3, wherein the first region is a region of 0% to 30% in thickness from the negative electrode collector of the negative electrode active material layer,
And the second region is a region of a thickness of 70% to 100% from the negative electrode collector of the negative electrode active material layer.
상기 공정A에서 생성된 상기 부극 합제를 상기 부극 집전체에 도포하고, 상기 부극 집전체에 부극 활물질층을 형성하는 공정B를 포함하고,
상기 공정B는, 상기 부극 집전체에 상기 부극 합제를 도포하는 도포 공정과, 상기 부극 집전체에 도포된 부극 합제를 건조하는 건조 공정과, 자장을 부여하고, 도포된 부극 합제 중의 흑연 입자의 방향을 조정하는 배향 공정을 포함하고,
상기 도포 공정과 상기 건조 공정은 적어도 2회 행해지고, 상기 부극 집전체에 대하여 재차 상기 부극 합제를 도포함과 함께,
상기 배향 공정은 도포 공정 후 건조 공정 전에 적어도 1회 행해지고,
상기 배향 공정은, 상기 부극 집전체 근방의 제1 영역과, 표면측 근방의 제2 영역에서 상기 흑연 입자의 수직도가 상이하도록 행해지는, 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.A step A of preparing a negative electrode mixture prepared by mixing at least graphite particles in the form of scales and a binder in a solvent,
And a step B of applying the negative electrode mixture prepared in the step A to the negative electrode current collector and forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector,
The step B is a step of applying the negative electrode mixture to the negative electrode current collector, a drying step of drying the negative electrode material mixture applied to the negative electrode current collector, a step of applying a magnetic field to the direction of the graphite particles in the applied negative electrode mixture And an aligning step of adjusting the thickness
Wherein the coating step and the drying step are performed at least twice, and the negative electrode mixture is applied to the negative electrode collector again,
The alignment step is performed at least once before the drying step after the application step,
Wherein the alignment step is performed such that a vertical extent of the graphite particles is different between a first region in the vicinity of the negative electrode current collector and a second region in the vicinity of the surface side.
The method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 15, comprising a rolling step of rolling the negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector after the last drying step.
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